微米級高精度地在衛星中定位

OHB Systems公司正在制造一款地表監測的全新超譜衛星EnMAP。該衛星中含5面反光鏡、6個棱鏡和三個攝像頭以及電子組件，且正在被準確地安裝在狹小空間中，部件之間的空間通常僅十分之一毫米。安裝期間，必須杜絕這些部件接觸，否則可能損壞這些敏感的部件。海德漢LIP 581直線光柵尺和POSITIP 880數顯裝置為其立下奇功。

正如“星際迷航”電影片頭中所說：“太空，最后的疆域。”OHB的EnMAP衛星項目經理Gavin Staton和責任工程師Dave Mussett當然希望他們在衛星中能有更多的空間，盡管“外太空浩瀚無垠，但制造衛星時，我們實在無法獲得寬敞的空間。不僅如此，我們的任務是最大限度地減少空間和重量。”因此，我們必須巧妙地利用安裝空間中的每一個立方毫米，以最大限度地減少衛星的質量和尺寸，確保衛星在太空中和在陸地軌道上飛行。制造過程中，還必須保持極高的穩定性，這是該項目的難點，例如EnMAP衛星內迷宮般的布局。

由Airworks開發和制造的IOU-PIT安裝工具位于OHB Systems公司ISO 5級超凈車間中的數噸重量的大理石平臺上，該超凈車間為歐洲最大，IOU-PIT安裝工具采用海德漢LIP  581直線光柵尺。

桿、撐桿和敲擊—組裝中的嚴峻挑戰

OHB Systems正在德國慕尼黑以西的Wessling工廠制造EnMAP衛星。A96高速公路上的大多數開車人在駛過不起眼的辦公樓前時都無法想象該樓內的高科技程度。該辦公樓的外表面絲毫看不出這里是歐洲最大的ISO 5級超凈車間，這里正在組裝EnMAP衛星。更準確地說，在這里組裝部分而不是整個衛星，最初只組裝該項目的核心組件 - 光學設備。

核心組件位于其外殼內，其底板由鋁塊銑削加工制成。其底座、外壁和內撐桿組成高剛性的單元，在該單位內安裝復雜的光電設備的所有其它部件并進行連線。安裝第一件時，盡管空間較大，但只能從一個方向接近該位置，也需要極高的精度。較大傾角的撐桿嚴重限制運動的自由度。

每增加一個部件，工作區中的空間就減少一些，直到可運動的范圍減少到只有幾個百分之一毫米。不僅光學組件—反光鏡、棱鏡和攝像頭—不允許相互磕碰，外殼、工具也不允許任何接觸，因為這些表面都非常敏感。即使輕微的劃傷也影響光學系統成像，甚至可能導致無法使用。“無法使入射光正確地衍射，無法準確聚焦，反光鏡無法正確地為攝像頭導光。也就是說攝像頭無法接收完整光照和光譜，嚴重時可能無任何光線到達攝像頭。這將造成圖像變形或不可用，甚至完全沒有圖像—這意味著EnMAP整個任務的失敗，”Gavin Staton介紹光學組件無差錯安裝的重要性時說。

高精度的要求和在超凈車間中的應用是IOU-PIT安裝工具難以制造和使用海德漢光柵尺的決定性原因。

微米級高精度組裝的安裝工具

意大利Airworks公司為OHB工程師伸出援助之手，為OHB提供一種特殊的安裝工具IOU-PIT（光學儀器高精度安裝工具）。在超凈車間剛開始看到這款高性能的儀器時，引人注意的是吊車起吊的重物，而不是這款安裝工具，這是高精度定位非常細小和輕質部件的安裝工具，部件重量不超過20 kg。IOU-PIT體積相當龐大，其尺寸達3040 mm x 2510 mm x 2300 mm和重量達2.5噸。難以制造的原因是IOU-PIT的要求十分嚴格，也就是說在超凈車間安裝和使用需要極高的精度。一方面需要極高的機械剛性，另一方面不允許使用超凈車間禁止使用的許多材質。

IOU-PIT由位于意大利Monfalcone的Airworks公司工程師開發和制造。Airworks是一個獨立的開發機構，他們開發先進的高科技項目，包括航空航天項目，Stefano Picinich負責IOU-PIT設備。“實際上，關于IOU-PIT的主要機械系統的設計，我們接觸了多家定位系統的高端供應商。不幸的是，項目要求太高，快速打消了他們對項目的興趣。最后，我們無法找到一個有勇氣將我們的設備轉換成實際工具的合作伙伴，”Picinich伴有苦笑地回憶開發過程時說。“因此，我們自己進行制造，幸運的是我們找到了測量技術合作伙伴海德漢公司，海德漢像我們一樣沒有畏懼高精度的要求。”

在衛星中安裝光學系統需要超凈和觸敏的環境。

海德漢直線光柵尺和數顯裝置—準確地確定工具的頂端

海德漢增量式敞開直線光柵尺LIP 581以要求的高分辨率計算IOU-PIT各軸的位置值。該光柵尺提供位置值，在5 mm間距范圍上其基線誤差小于0.175 μm和細分誤差僅±12 nm。而海德漢POSITIP 880數顯裝置顯示位置值。

IOU-PIT以兩個階段移動EnMAP衛星的部件：由電機驅動的三個基本軸預定位部件，運動速度無影響。可選兩種運動速度：1 mm/s和0.1 mm/s，或形象地說用蝸牛般速度和十分之一的蝸牛般速度。IOU-PIT的最大行程較大，達1250 mm x 1125 mm x 650 mm，500 mm行程上的最大位置誤差僅50 μm。

在到安裝位置的最后幾毫米和幾微米位置時，以及在衛星狹小工作區內進行運動時，由OHB的技術員借助安裝工具完全由手動方式操作。一微米、一微米地移動部件，穿過迷宮中已安裝的撐桿、部件和電纜直到達到最終位置。“這期間，我們必須緊緊盯住要安裝的部件和數顯裝置，”Dave Mussett介紹這項精細的手動操作時說。“結果是我們設立了兩道保險—首先我們自己目視觀察物體，其次用顯示清晰的POSITIP 880顯示屏非常準確地顯示位置值。”安裝過程每天都由OHB Systems公司進行確認，他們信賴Airworks的IOU-PIT安裝工具。到目前位置，全部部件都已準確地安裝到位，而且毫發未損—這要歸功于海德漢的直線光柵尺和數顯裝置。

從該俯視圖可見衛星殼內狹小的工作區和定位安裝工具需要的高精度。

EnMAP項目

EnMAP（環境遙感和分析計劃）是德國地表監測的超譜衛星項目。成像光譜儀測量由地表反射的太陽光輻射，光譜范圍從可見光到短波紅外線，以精確地描述地表狀況及其變化。這樣可以反映全球范圍的環境、農業、土地利用、水資源管理和地質方面的最新變化。

EnMAP衛星攜帶的成像光譜儀可以用250個窄帶的連續光譜繪制地表圖。因此，EnMAP衛星提供有關植被、土地利用、巖石面和水資源的量化和診斷信息。這些信息也提供巖石的礦物成份、空氣污染對植被壽命的影響以及土壤污染的程度。

該衛星在650公里的軌道上記錄地表掃描的數據，掃描分辨率為30 x 30米。該衛星可沿垂直于飛行方向進行不超過±30度的傾斜，在同一個地點進行4天的比較性觀測，為此EnMAP非常適用于記錄空間-時間變化，例如植被的侵害過程或周期。光譜地表觀測提供大量信息，大量不同的自然環境如何形成生態系統以及如何擴散—例如受人影響的海岸帶和人文景觀以及草原、沙漠和森林區。

EnMAP項目由位于波茨坦的德國地學研究中心（GFZ）負責科學指導，DLR宇航中心負責該項目的整體管理。OHB Systems公司是整個項目的主要承包商，開發專用的超譜遙感衛星，包括儀器和飛行器總線。位于德國奧伯法芬霍芬的DLR負責建立和設立地面設施。衛星的操作和數據接收由德國太空控制中心（GSOC）及德國遙感數據中心（DFD）和遙感技術研究院（IMF）共同執行。

已為OHB Systems公司完成的工作，該公司是EnMAP的主承包商，也是與DLR簽訂合同的合同方，資金來自德國聯邦經濟事物和能源部，該項目參考號為50 EP 0801。